工业机器人操作与应用（初级） 课件 第3、4章 工业机器人投入运行和零点标定、工业机器人坐标系

第三章工业机器人投入运行和零点标定工业和信息化工业机器人技术技能人才培养工程系列从书工业机器人操作与应用——初级01投入运行助手PARTONE01投入运行助手投入运行助手可以引导用户完成机器人投入运行的基本步骤及系统还未完成的必须处理的步骤。投入运行助手运行的前提条件是未选定任何程序且当前机器人运行方式为T1。打开投入运行助手的操作步骤如下。点击“主菜单”→“投入运行”→“投入运行助手”选项，打开“投入运行助手”窗格。02投入运行模式PARTTWO02投入运行模式利用smartHMI操作界面可将KRC4系统设定为投入运行模式(也称调试模式)。投入运行模式是指机器人在外围安全装置缺失的情况下以T1方式运行。投入运行模式激活时所有输出端自动进入状态“逻辑零”。投入运行模式与系统软件版本有一定的联系，当KSS版本在8.3及以上时，KRC4系统随时可以被切换至投入运行模式。02投入运行模式投入运行模式的激活方法如下。点击“主菜单”→“投入运行”→“售后服务”选项，在“售后服务”菜单中找到“投入运行模式”选项。若该选项为灰色，表示投入运行模式禁止。若该选项为黑色，表示投入运行模式允许激活。若状态栏中的运行方式状态显示图标T1处黄色闪烁，表示投入运行模式激活。03投入运行模式的风险和防范措施PARTTHREE03投入运行模式的风险和防范措施投入运行模式激活将使得外部安全信号失效，紧急停止功能仅局部有效，因此该模式存在一定的安全隐患。1.可能存在的风险有人员进入机器人的危险区域作业；未经授权的人员操作机器人可能带来安全风险；在发生紧急情况时，外部紧急停止装置未激活。03投入运行模式的风险和防范措施2.防范措施悬挂警示牌(指明已失效的外部紧急停止装置)；进入机器人工作的危险区域时需要挂安全锁；增加防护栏或警示带，限制人员进入；只有通过安全知识培训的维修人员才允许使用投入运行模式；在使用投入运行模式时，所有外部防护装置须处于停止状态，确保设备完全停止运行且无闲杂人员。04工业机器人零点标定PARTFOUR04工业机器人零点标定3.4.1零点标定的含义工业机器人为达到较高精度或者完全能够以程序设定的动作运动，需要进行正确的零点标定。通过技术辅助工具EMD可为任何一个在机械零点位置的轴指定一个基准值(如0°)。通过零点标定可以使轴的机械位置和电气位置保持一致。完整的零点标定过程是为每个轴标定零点(标定后每个轴都有唯一的基准值)。04工业机器人零点标定3.4.1零点标定的含义虽然所有机器人的零点标定位置都相似，但不完全相同。即使是同一个机器人型号的不同机器人，零点标定的精确位置也会有所不同。每个机器人都必须进行零点标定，机器人只有在零点标定之后才可以进行笛卡儿运动并移至程序设定的位置，才能保证机械位置和电气位置在调整过程中协调一致。为此，必须将机器人置于一个已经定义的机械位置，即标定位置，然后将每个轴的传感器值存储下来。04工业机器人零点标定3.4.2零点标定工具常用的零点标定工具包括、MEMD、零点标定盒、电缆等，如图3-3所示。04工业机器人零点标定3.4.3EMD的工作原理及应用EMD是KCB上可连接或切断的单元，工作原理与线性可变差动变压器(LinearVariableDifferentialTransformer，LVDT)相同。EMD的运动范围约为5.5mm，分辨率为16位。进行零点标定时，EMD会自动与KCB超合和去耦。EMD零点标定流程如图3-4所示。零点标定可通过确定轴的机械零点的方式进行。04工业机器人零点标定3.4.3EMD的工作原理及应用04工业机器人零点标定一般情况下，工业机器人必须时刻处于已标定零点的状态，否则机器人将无法在手动运行模式下平移笛卡儿坐标系，也不能沿程序设定的轨迹运动。同时，未进行零点标定的机器人的软件限位开关(每个轴的运动角度或动作范围是由机器人控制系统来设定的，称为软件限位开关)将关闭。因此进行零点标定后的机器人才能实现相关功能。3.4.4需要进行零点标定的情况04工业机器人零点标定在实际的生产过程中，在什么情况下需要进行零点标定呢?1、投入运行时。2、维护参与定位值感测的部件时(如带分解器或RDC的电机)。3、未用机器人控制系统移动机器人轴时(如借助于自由旋转装置移动机器人轴)。4、更换齿轮箱、电机时。5、发生碰撞时(如以高于250mm/s的速度撞击护栏或机械挡块等)。3.4.4需要进行零点标定的情况04工业机器人零点标定3.4.5零点标定的方法和步骤1.一种负载情况工业机器人只连接一种工具负载(或没有工具负载)时，无须快换装置进行工具切换此种情况多应用于机器人负载数据固定或对精度要求不高的工作场合。2.多种负载情况工业机器人连接两种以上工具负载时，可通过快换装置进行工具切换。此种情况多应用于机器人负载数据发生变化或对精度要求较高的工作场合。04工业机器人零点标定3.4.5零点数据去调节在机器人运行过程中，机器人工具负载的变化会影响机器人的轨迹精度，同时不同的工具负载会产生机器人零点的不司偏差(与无负载时相比)。在这种情况下，需要针对机器人进行偏量学习。由于材料固有的弹性，无负载的机器人与带负载的机器人相比，在零点位置上会有所区别。这些相当于几个增量的区别将影响机器人的轨迹精度。04工业机器人零点标定3.4.5零点数据去调节如图3-10所示，机器人工具负载将对A2、A3、A5轴产生影响，产生数据偏差。04工业机器人零点标定3.4.6零点数据去调节零点数据去调节是指手动删除零点标定数据。点击“主菜单”———“投入运行”————“调整”————“去调节”选项，打开“取消校正”窗格，如图3-13所示。可将各机器人轴的标定数据删除，删除时轴不动。对于已经去调节的机器人，软件限位开关关闭，机器人可能会驶向缓冲器，用户应尽可能不运行已经去调节的机器人或尽量减小手动倍率，因为在没有机器人轴软件限位保护时，手动运行机器人可能造成设备损坏或人员伤亡。04工业机器人零点标定3.4.6零点数据去调节谢谢观看第四章工业机器人坐标系工业和信息化工业机器人技术技能人才培养工程系列从书工业机器人操作与应用——初级01关节坐标系PARTONE01关节坐标系基于关节坐标系，机器人各轴可单独运动，如图4-1所示。01关节坐标系图4-1左图中工业机器人的A1轴~A6轴分别对应右图中的运行状态显示图标A1A6。也就是说，各机器人轴的运动状态可通过smartHMI操作界面上对应的A1~A6图标进行查看。关节坐标系的原点设置在机器人关节中心点处，反映了该关节处每个轴相对该关节坐标系原点位置的绝对角度。可通过A1~A6图标单独控制机器人每个轴的正向与反向运动每个轴是参照各自的关节坐标系运动的。01关节坐标系点击“主菜单”一“显示”“实际位置”选项，打开“机器人位置”窗格，首先显示机器人的笛卡儿式实际位置，即显示TCP(工具中心点，ToolCenterPoint)的当前位置(XYZ)和姿态(4BC)，此外还显示状态和角方向。机器人位置(与轴相关的)窗格中将显示A1轴至A6轴在关节标系下的当前位置。若有附加轴，则还会显示附加轴的位置。在机器人运行过程中，该窗格也能显示各轴的实际位置。02笛卡儿坐标系PARTTWO02笛卡儿坐标系在工业机器人的操作、编程和投入运行时，笛卡儿坐标系具有重要意义。02笛卡儿坐标系通过右手定则(如图4-5所示)能够确定Z轴的方向。如图4-6所示，在笛卡儿标系中，机器人可以用两种不同的方式运动:沿坐标轴方向平移(直线)，使用X、Y、Z；环绕着标方向转动(转/回转)，使用AB(旋转)、C(回转)。02笛卡儿坐标系02笛卡儿坐标系1、世界坐标系世界坐标系是永久定义好的笛卡儿坐标系的一种，它是机器人足部坐标系和基坐标系的基础。在标准设置下，KRC4系统的世界坐标系位于机器人基座外。2、机器人足部坐标系机器人足部坐标系也是笛卡儿坐标系的一种，它定义了与世界坐标系的一种位置关系。在KRC4系统中，机器人足部坐标系固定于机器人基座内。02笛卡儿坐标系3、基坐标系基坐标系是定义在工件上的一种笛卡儿坐标系，它是与世界坐标系相关联的坐标系默认情况下与世界坐标系是一样的，但用户可以根据工件的实际情况设定相关的偏差值KRC4系统中的基坐标系有32个。基坐标的测量分为两个步骤：定义坐标原点、定义坐标方向。基坐标的测量方法包括3点、间接、数字输入。02笛卡儿坐标系4、法兰坐标系法兰盘简称法兰(Flange)，通常是指在一个类似盘状的金属体的周边开几个固定的孔用于连接其他部件。法兰坐标系固定于机器人法兰上，原点为机器人法兰中心，是工具坐标系的原点。法兰坐标系是建立工具坐标系的基础，在KRC4系统中，TOOLO是指法兰坐标系。02笛卡儿坐标系5、工具坐标系工具坐标系是实际编程中最重要的一种笛卡儿坐标系，其原点位置为TCP，但用户可以根据工具的实际情况，设定或测量TCP相对于法兰坐标系的空间位置。机器人制造厂商不同，工具坐标系建立的方法也不同。KRC4系统中的工具坐标系有16个。02笛卡儿坐标系5、工具坐标系(1)TCP的测量TCP的测量方法主要包括:XYZ4点法、XYZ参照法、数字输入等。XYZ4点法:将待测量工具的TCP从4个不同方向移向一个参照点，参照点可以任意选择。KRC4系统从不同的法兰位置值中计算出TCP。注意，XYZ4点法不能用于卸码机器人。02笛卡儿坐标系02笛卡儿坐标系XYZ4点法测量的是TCP相对于法兰坐标系的X、Y、Z，不包含角度关系。应用XYZ4点法测量TCP的注意事项如下。选择T1运行方式及专家用户权限；测量点的距离应满足最小允差范围；机器人姿态变化在允许范围内尽可能大一些。在实际测量过程中，用户应充分考虑系统所设定的允差范围，在不满足允差范围时系统将自动提示相关信息，如图4-15所示。02笛卡儿坐标系02笛卡儿坐标系XYZ参照法：采用XYZ参照法进行TCP测量时，将对待测量工具(新工具)和已测量工具(旧工具)进行比较。KRC4系统通过对比新、旧工具位置，计算出新工具的TCP。注意，新、旧工具是针对同一个参照点进行测量的。XYZ参照法的测量步骤如图4-16所示。02笛卡儿坐标系02笛卡儿坐标系数字输入：可以通过工具的设计图纸或制造厂商提供的数据直接设定TCP，这种方法比较简单，但由于加工制造及安装时存在加工误差和安装误差，此数值可能存在偏差。数字输入方法可能的数据来源包括:CAD、外部测量的工具、制造厂商的数据。02笛卡儿坐标系5、工具坐标系(2)旋转角度测量旋转角度，也就是通常所说的欧拉角，它表明工具坐标系相对于法兰坐标系所旋转的角度值。旋转角度的测量方法主要有ABC2点法和ABC世界坐标系两种。ABC2点法：通过选择X轴上的一个点和XY平面上的一个点,KRC4系统可得到工具坐标系的轴数据。当轴方向需要特别精确时，一般使用此方法。02笛卡儿坐标系ABC世界坐标系：ABC世界坐标系方法是指将工具标系的X、Y、Z轴分别平行于世界坐标系的Z、Y、X轴。用户需要调整工具坐标系相对于世界标系的位置关系，通过KRC4系统自动算出的欧拉角数值，将工具坐标系的轴调整为与世界坐标系的轴平行，KRC4系统从而得知工具坐标系的方向。02笛卡儿坐标系03固定工具测量PARTTHREE03固定工具测量固定工具(如图4-21所示)就是固定在某个位置与机器人法兰不连接的工具。使用固定工具时，应在smartHMI操作界面中将“Ipo模式选择”设为外部工具，也称为外部TCP。在实际的生产过程中，根据工艺要求，有些机器人需要操作的是工件而不是工具，需要机器人夹持工件来完成相应的轨迹运行。